考虑共同作用地基的沉降计算

针对目前结构设计中将上部结构与地基基础分开考虑,忽略上部结构刚度对基础内力及沉降的影响的现状,提出一种考虑上部结构与地基共同作用时基础沉降差的计算方法,据此可进一步考虑基础沉降差在上部结构中引起的附加内力.     

上部结构-地基基础协同作用分析及设计优化

在常规的高层结构设计中,一般将上部结构和基础部分分开设计,既分析上部结构时认为基地固定,忽略基础和地基土的变形对其内力的影响。而实际上地基基础-上部结构三者共同工作、协同变形,基础和地基变形会引起上部结构内力的重新分布,上部结构对基础的变形也具有一定的限制作用。因此,设计常用方法与实际情况存在一定的差异。本文以某高层建筑为例,运用MIDAS-GTS软件建立地基-基础-上部结构协同分析模型,计算了三者共同作用时,多种荷载组合情况下的基础沉降量、桩基内力及桩身强度,对比了是否考虑协同分析两种情况下的结构内力分布情况,最后依据桩基础内力分布及沉降特征、建筑与裙房的差异变形量等模拟结果,提出合理的桩长、布桩方式、差异沉降控制措施等优化方案为工程设计提供参考。     

上部结构分步施工对高层建筑上下部共同作用计算的影响研究

目前,在高层建筑结构上下部共同作用分析中,很少考虑上部结构分步施工的影响.对土质地基上框架结构的研究表明,上下部共同作用效应明显的体系,上部结构的分步形成对共同作用分析有较显著的影响.相对于不考虑上部结构分步施工的情况,考虑上部结构分步形成时,上部结构对基础变形的约束作用略有减小,基础差异沉降增大,基础内力增加;底层柱轴力出现与基础差异沉降相反的加卸荷现象;尤其上部框架梁的弯矩有较大不同,越到上部楼层,参与上下部结构共同变形的程度越低,共同作用对其内力的影响越小.     

考虑共同作用地基的沉降计算

针对目前结构设计中将上部结构与地基基础分开考虑，忽略上部结构刚度对基础内力及沉降的影响的现状，提出一种考虑上部结构与地基共同作用时基础沉降的计算方法，据此可进一步考虑基础沉降差在上部结构中引起的附加内力。     

上部结构、筏板基础和地基共同作用的有限元分析

考虑上部结构、筏板基础和地基的共同作用,运用ANSYS有限元计算方法,通过上部结构、筏板基础和地基之间在连接点处的静力平衡和变形协调条件,分析了上部结构对筏板基础变形、内力影响以及筏板基础对上部结构变形、内力的影响,探讨了共同作用的影响规律。计算结果表明,考虑共同作用时,上部结构承担了部分筏板基础荷载,使筏板基础内力、变形减小;考虑筏板基础的刚度时,由于整体弯曲的作用,使上部结构的应力产生重分布,梁产生了附加弯曲应力,增大了上部结构的内力,因此在工程设计中应考虑共同作用的影响,使工程更安全、更经济。     

土结相互作用的地基沉降和结构内力计算方法

基础不均匀沉降将在上部结构内产生附加内力,而且地基变形也是随施工过程逐渐累积的过程．然而,常规计算方法既没有充分考虑上部结构、基础、地基之间的共同作用,也没有反映施工过程对结构内力的影响．针对上述问题,笔者推导了施工过程中地基变形和结构内力的计算公式,提出了考虑土结相互作用并模拟施工过程的实现方法．为研究地基变形和结构内力提供了手段,对采动区土地复垦及抗变形建筑物的设计、施工,防止或减轻地基变形对建筑物的损坏等具有重要现实意义．     

共同作用对上部结构和桩筏基础的影响

以贵州省遵义市某县棚户区（城中村）改造项目为研究算例,利用SAP2000有限元分析软件建立框架剪力墙结构-桩筏基础-地基共同作用的三维有限元模型和不考虑三者共同作用的一般三维模型。与不考虑共同作用的一般模型相比,考虑共同作用后,上部结构的内力和桩顶的反力都增大,筏板沉降和筏板内力都减小,说明筏板沉降和筏板内力的安全储备较大。因此,在结构工程设计过程中,考虑上部结构、基础和地基共同作用的设计理念和方法与建筑物实际受力特征更相符,设计结果也更合理,同时也要考虑三者共同作用时上部结构和桩顶反力的不利影响。     

高层建筑上部结构和基础及地基相互作用分析

结合工程概况，介绍了筏板基础形式的高层建筑不考虑与考虑相互作用时的内力分析，并对考虑相互作用时上部结构、基础和地基刚度变化时对上部结构和基础内力的影响进行了阐述，从而为高层建筑上部结构、基础和地基共同作用的进一步研究提供了理论基础。     

格式基础计算与沉降差控制

本文提出一种考虑格式基础-土体系共同工作的计算方法.它将格式基础离散为杆元,把土作为有限压缩层分层弹性体;导出该体系共同工作平衡方程;通过方程求解和回代,得到地基沉陷、基底应力和基础内力.该法遵循现行地基基础规范,接近格式基础实际工作情况,并且不难将上部结构介入,为考虑上部结构-格基-土体系共同工作开拓了道路.同时,基于这一算法,在地基强度许可条件下,以控制沉降差来确定基础底板尺寸.从而可以有效地减小基础挠曲,降低基础内力,进而减小由沉降差引起的上部结构次内力,使整个结构体系的变形与受力趋于合理,从而优化了设计.     

超高层框-筒结构施工过程的数值模拟

采用有限元程序ANSYS,建立超高层钢框架-核心筒结构的上部结构与地基基础共同作用的整体三维模型,利用ANSYS程序中生死单元技术,模拟分析上部结构逐层施工的过程,研究施工过程中筏板基础的沉降、内力及基底反力的变化规律,并分析了上部结构刚度对筏板基础受力及沉降的影响。考虑上部结构共同作用时,筏板基础的弯矩和差异沉降都将减小,有利于筏板基础受力。     

施工过程巨型框架结构、筏基和砂卵石地基共同工作分析

在室内试验的基础上,从上部结构、筏基两方面分析施工过程中巨型框架结构、筏基对砂卵石地基的沉降和应力分布影响,结果表明：上部结构对基础的沉降和内力及地基的反力有较明显的影响,而结构层数的影响是有限的;筏板厚度、混凝土等级的增加使基础的沉降和差异沉降减小;板中应力越大,基底反力向边缘集中,分布越不均匀,正应力增大。     

框架-核心筒结构、筏基和地基共同作用的有限元分析

利用有限元软件ANSYS建立了框架-核心筒、筏基和地基共同作用体系的三维分析模型,进行了竖向荷载作用下的共同作用分析,比较了常规方法与考虑共同作用的方法计算的上部结构内力的差异、筏基内力与沉降的差异,并讨论了筏板厚度变化对共同作用体系的影响。     

跨越地铁高层建筑桩筏基础数值模拟研究

基于某跨越地铁高层建筑的设计实践,利用ABAQUS建立剪力墙与桩筏基础和地基共同作用的三维有限元数值模型,研究了跨越地铁隧道的桩筏基础受力和变形性状,并分析了上部结构刚度、逐层施工、地铁隧道跨度、跨越地铁隧道方式等因素对其影响。结果表明,上部为剪力墙结构的高层建筑,考虑上部结构刚度作用可显著减小筏板的差异沉降和弯矩。当上部结构刚度达到一定程度后,其对筏板差异沉降和弯矩的调节能力减弱,表现出上部结构刚度贡献的有限性。随着地铁隧道跨度的增加,筏板最大沉降、差异沉降和弯矩都增大。桩筏基础以筏板对角线与地铁隧道中心线重合的方式跨越地铁隧道对筏板的内力和变形影响最小。桩顶反力数值计算结果与实测数据较为吻合。     

软黏土地基沉降的时变效应对超高层建筑结构内力的影响

软黏土地基沉降具有时变性,其规律被广泛认知。随着超高层建筑的大量兴建,工程师对超高层建筑与地基基础共同作用问题越来越重视。从地基沉降的时变性出发,综合考虑地基沉降的时变效应与地基-基础-上部结构共同作用的耦合问题,以时间切片的形式进行共同作用分析,提出了考虑地基沉降时变效应的共同作用计算方法,经初步分析得到地基沉降的时变效应对超高层建筑结构关键构件内力的影响。对软土地基上高500 m的超高层结构的分析结果表明,地基沉降的时变效应对上部结构的影响仅限于中低层区;其对巨柱、核心筒轴力的影响较小,轴力最大增、减幅值仅约为5%,在工程实践中可以忽略不计;但其对伸臂构件的影响较大,尤其是斜腹杆最为明显,其内力最大增幅可达200%,在工程实践中应给予重视。     

浅谈高层建筑基础设计

简要阐述了高层建筑基础选型与设计的作用与地位,对高层建筑基础选型与设计的依据及相关因素进行了分析,按传统概念设计的高层建筑地基基础表现出碟形基础沉降变形和马鞍形基底反力分布规律,这一规律将对基础和上部结构的内力产生显著的不利影响。通过地基沉降分析,探讨了产生这一规律的原因,提出减小差异沉降和调均基底反力分布的概念设计。     

控制差异沉降的复合桩基优化设计方法

目前以变形为控制条件的复合桩基设计理论是桩筏基础研究中的热点问题,而人为合理的调整地基土刚度和桩基支承刚度的方法是控制复合桩基差异沉降的有效手段之一。文章以复合桩基非线性设计理论为基础,从优化设计的角度出发,考虑上部结构、基础和地基的共同作用,讨论了设置变刚度垫层、改变桩长、桩径、桩距及布桩方式对基础差异沉降和内力的影响,并提出了复合桩基优化设计的发展方向。     

上部结构刚度对桩基承台加防水板的影响

基于弹性理论和变形协调关系推导了桩基承台加防水板时的桩土应力估算公式,采用ABAQUS建立了上部结构-桩基承台加防水板-地基共同作用模型和仅考虑桩基承台加防水板-地基共同作用模型,对比分析了上部结构刚度对地基反力、桩顶反力、基础底板内力与变形的影响,计算了不同位置处桩顶实际反力与设计反力的比值。利用"生死单元"技术模拟施工过程,研究了荷载分配比、单位荷载差异沉降、底板弯矩等随施工层数的变化规律。结果表明:荷载分配与桩-土刚度比、持力层硬度、柱距、防水板厚度等因素有关;防水板底土能承担20%左右的上部结构荷载,考虑上部结构刚度后板底反力分布更加均匀,防水板的"架越作用"不明显,角桩和边桩增荷而中部桩卸荷,基础底板差异沉降显著减小,承台最大弯矩截面由墙边处变为跨中处;逐层施工中桩分担的荷载逐渐增加,而防水板底土和承台底土分担的荷载逐渐减小,并且这种增加或减小的趋势逐渐减缓;上部结构刚度约束基础差异沉降的能力是有限的,考虑逐层施工后承台最大弯矩增加,防水板柱下板带最大弯矩减小,跨中板带弯矩始终很小且几乎无变化。     

某大底盘双塔楼结构考虑地基-基础-上部结构共同作用变形分析

复合地基在设计中需要考虑地基和基础及上部结构的共同作用,传统的共同作用分析是将上部结构、基础、地基三者分离开来计算,这种计算模式忽略了三者之间的变形协调。本文首先根据弹性地基上扁球壳实用解答的基本方程,分析了地基-基础-上部结构共同作用变形计算的影响因素;然后结合某大底盘双塔楼复杂高层建筑采用刚性桩复合地基,对上部结构分别按照考虑与不考虑基础结构的影响进行计算分析,并对比了上部结构的整体变形计算指标;最后对建筑物进行地基基础的变形验算,并和变形实测值进行了对比分析。结果表明,考虑地基-结构共同作用后,上部结构基本自振周期延长,结构的变形显著增大,刚重比相应减小;通过变基床系数法使地基基础变形与沉降计算数值基本一致(变形协调),且变形计算值和实测值基本一致。     

桩基变刚度调平设计的实施方法研究

针对高层建筑桩–箱、桩–筏基础反力、变形的实测结果显示,按常规理念设计的桩–箱、桩–筏基础有两点不足:一是碟形差异沉降引起上部结构较大次生应力;二是马鞍形的反力分布导致基础筏板内力增大。通过大比例尺模型试验结果分析,提出了以调整桩土支承刚度分布为主线,根据荷载、地质特征和上部结构布局,考虑相互作用效应,采取增强与弱化结合、减沉与增沉结合、局部平衡、整体协调,实现差异沉降、承台(基础)内力和资源消耗的最小化。对于变刚度调平设计,进行上部结构–基础–地基(桩土)共同作用分析,进一步优化布桩和承台配筋,结合工程实例对变刚度调平设计中的具体强化指数和弱化指数的取值进行分析说明。     

考虑共同作用时上部结构刚度对基础沉降与内力的影响

利用大型通用有限元软件ANSYS14.0建立了框架结构–桩筏基础–地基共同作用的整体有限元分析模型。通过改变上部结构的刚度来研究考虑共同作用后筏板的沉降和筏板内力的变化规律。计算结果表明,随着上部结构刚度的增加,上部结构刚度对建筑物基础沉降的影响越来越小。上部结构刚度较小时,筏形基础主要以整体弯曲变形为主,上部结构刚度较大时,筏板中的应力呈增长趋势。随着上部结构刚度的增加,筏板弯曲变形的增长幅度减弱。